什么是幽灵粒子?它的作用有多大?

科技   2024-11-14 21:02   安徽  

幽灵粒子其实就是中微子,至于为什么叫它幽灵粒子,完全是因为这种粒子很难被人们捕捉到,就跟幽灵一般。可以这么说,在目前已知的所有基本粒子中,中微子是最难被探测到的。当然在宇宙中,还存在着一些我们目前无法探测到的粒子,例如:比中微子速度稍微慢一点的暗物质粒子,我们也称其为冷暗物质。

暗物质粒子比中微子更加神秘。虽然我们人体对中微子和暗物质粒子无感,但是它们切切实实充斥着我们周围的空间,每秒钟就有数万亿个中微子和暗物质粒子穿透我们的身体。

现在我们回到中微子,这种粒子的发现得益于我们人类对小尺度或者是核反应的发现与研究。在此之前,我们认为宇宙中基本的守恒法则是质量守恒,因为人们发现不管是哪种化学反应,还是物理作用,也就是说你不管把一个物体让它经历怎样的化学变化,或者通过物理的方式捶打成任何的性状,反应之前的物质质量总和总是反应后生成物的质量总和是相等的。

这种神奇的反应会导致物质的质量明显的缺失,让人们不禁会想:这是不是违反了质量守恒定律。事实证明,当爱因斯坦通过狭义相对论方程推导著名的E=MC^2以后,人们才知道质量其实是能量的一种变现形式,而原子核发生核反应以后,生成物质量的缺失是因为有一部分质量通过能量的形式消散掉了。而之前的化学反应没有发现质量缺失,是因为消散的能量实在是太小了,甚至可以忽略不计。

这种情况其实只有两种选择,要么彻底放弃坚持了几个世纪的铁一般的定律,要么就是在反应中肯定还生成了我们未知、并且目前还无法探测到的粒子,它们在生成时带走了一部分能量。物理学家泡利选择了后者。在宇宙中除了能量守恒,还有电荷守恒,在反应前后并没有发现电荷发生任何的变化,所以泡利认为这种新的粒子和中子的性质一样不带电荷是中性的,而且质量很小,因此当时称其为微中子,后来才更名为中微子。首先不参与电磁相互作用是最主要的原因。在自然界中存在着四种基本力(电磁力、引力和强核力、弱核力),其中电磁相互作用力和引力是生活中最直观也是影响最远,最广泛的两种力,我们人类目前所掌握的探测手段,基本都集中在电磁力上。而中微子不带电荷,所以不发生电磁相互作用,因此中微子可以轻松的穿透任何物质原子。

最后一个就是,中微子质量的问题。标准模型预测中微子没有质量,但是我们在观测太阳中微子的时候发现捕捉到的中微子是预测总量的1/3,这说明中微子有很大一部分消失了。这就是著名的太阳中微子问题,后来人类才知道,中微子并没有消失。而是中微子也存在三种味(电子中微子,μ中微子和τ中微子),这三种中微子可以通过弱相互作用互相转换。这说明中微子存在质量,这也就是我们常说的中微子震荡,指的就是中微子相互之间的转换。

以上就是中微子的一些性质,以及它为何难以被发现的原因。


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